DE3004440A1 - METHOD AND DEVICE FOR INPUTING GAS IN A LIQUID CONTAINED IN A VESSEL - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR INPUTING GAS IN A LIQUID CONTAINED IN A VESSELInfo
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Description
HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANNHELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN
DIPL.-PHYS. DIPL-INO.DIPL.-PHYS. DIPL-INO.
Rune Polke RcLland Adolfsson no-ad-loRune Polke RcLland Adolfsson no-ad-lo
* Se/-H* See
4. 2. I9804. 2. 1980
Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Gas in eine in einem Gefäß befindliche Flüssigkeit.Method and device for introducing gas into a liquid in a vessel.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Gas in eine in einem Gefäß eingeschlossene Flüssigkeit, z.B. bei der Bereitung kohlensaurer Getränke, wie auch eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, die ein über ein Ventil an eine Gasflasche angeschlossenes Rohr enthält, welches zur Einführung in die Flüssigkeit durch eine Einrichtung bestimmt ist, die als Dichtung für die Mündung des Gefäßes dient.The invention relates to a method for introducing gas into a liquid enclosed in a vessel, e.g. in the preparation of carbonated beverages, as well as a device for carrying out the process, which a Contains a tube connected to a gas cylinder via a valve, which is used for introduction into the liquid through a device is intended which serves as a seal for the mouth of the vessel.
Zur Heimbereitung kohlensaurer Getränke gibt es bekannte Arten von Geräten, mittels deren Kohlendioxid in Wasser in einer Flasche einbringbar ist. Das Wasser wird hiernach mit Essenzen geschmacklich verfeinert. Für die Zufügung von Kohlendioxid wird die Flasche im Gerät in ihre Lage gebracht, wonach ein mit einem Durchgangsrohr für die Einführung von Kohlendioxid versehener Gummikonus die Mündung der Flasche abdichtet. Das Rohr ist mittels eines Ventils an einem Gasbehälter angeschlossen, der einen verhältnismäßig hohen Innendruck aufweist. Zusätzlich ist ein Druckentlastungsventil vorhanden, das zwischen dem Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche in der Flasche und der umgebenden Atmosphäre arbeitet.For home preparation of carbonated beverages, there are known types of devices by means of their carbon dioxide in water can be introduced in a bottle. The taste of the water is then refined with essences. For the infliction the bottle in the device is brought into position by carbon dioxide, after which a through tube is opened for the introduction of carbon dioxide provided rubber cone seals the mouth of the bottle. The pipe is means a valve connected to a gas container which has a relatively high internal pressure. Additionally there is a pressure relief valve between the space above the liquid surface in the bottle and the surrounding atmosphere is working.
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Beim Gebrauch eines Gerätes dieser Art zur Einführung von Kohlendioxid in Wasser wird das Ventil zwischen dem Gasbehälter und dem in das Wasser hinabführenden Rohr geöffnet. Das Ventil wird offengehalten, bis der Druck in dem Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche auf den Wert gestiegen ist, bei dem das Druckentlastungsventil öffnet. Danach wird etwas abgewartet und der Vorgang wiederholt. Zur Erzielung der gewünschten Kohlendioxidbeimengung in der Größenordnung von 2 bis 4 Volumenprozent erfordern die bekannten Arten von Geräten eine Anzahl solcher Öffnungsvorgänge, bei denen das Druckentlastungsventil auf einen verhältnismäßig hohen Wert, in der Größenordnung von 12 Bar, eingestellt ist. Da jeder Öffnungsvorgang des Druckentlastungsventils notwendigerweise das Entweichen einer bestimmten Gasmenge mit sich bringt, die umso größer ist, je höher der aufgewandte Druck ist, ist der Gasverbrauch wegen der vorhin erwähnten Verluste an Gas verhältnismäßig hoch bei den bekannten Arten von Geräten. Die Anwendung von hohem Druck setzt auch die Verwendung von besonders für diesen Zweck hergestellten Glasflaschen voraus·When using a device of this type for introducing carbon dioxide into water, the valve between the gas container and the pipe leading down into the water is opened. The valve is kept open until the pressure in the Space above the liquid surface has risen to the value at which the pressure relief valve opens. Then wait a little and repeat the process. To achieve the desired addition of carbon dioxide in of the order of 2 to 4 percent by volume, the known types of devices require a number of such opening operations, in which the pressure relief valve at a relatively high value, in the order of magnitude of 12 bar. Since every opening of the pressure relief valve necessarily means the escape brings a certain amount of gas with it, which is greater, the higher the applied pressure, the gas consumption relatively high in the known types of devices because of the gas losses mentioned above. the Application of high pressure also implies the use of glass bottles specially made for this purpose in advance·
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit, womit eine wirkungsvollere Beimengung von Gas und ein verringerter Gasverlust im Vergleich zu den bekannten Geräten erzielbar ist.The main object of the invention is to provide a method and a device for introducing Gas in a liquid, which means a more efficient addition of gas and a reduced gas loss in comparison can be achieved with the known devices.
Eine wirkungsvollere Beimengung von Gas bedeutet unter anderem, daß der Gasbehälter nur einmal an die Flasche angeschlossen zu werden braucht, um die gewünschte Gasbeimengung zu erzielen, und daß es möglich ist, mitA more effective addition of gas means, among other things, that the gas container is only attached to the bottle once needs to be connected to achieve the desired gas addition, and that it is possible with
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geringerem Druck in der Flasche zu arbeiten. Entsprechend dem oben gesagten bedeutet dies, daß weniger Gas entweicht, und daß auch weniger Gas bei der einzigen Gelegenheit, bei der Gas abgelassen wird, verloren wird. Das Ergebnis ist eine bedeutende Verringerung des Gasverbrauchs. Der geringere Druck erlaubt die Verwendung von normalen, im Handel befindlichen, rückgebbaren Flaschen.lower pressure in the bottle to work. According to the above, this means that less gas escapes, and that less gas is lost on the only gas venting occasion. The result is a significant reduction in gas consumption. The lower pressure allows normal, commercial use located, returnable bottles.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß der vom Gas durch die Flüssigkeit innerhalb des Gefäßes verfolgte Weg so lang wie möglich sein sollte und daß die vom Gas der Flüssigkeit ausgesetzte Oberfläche so groß wie möglich sein sollte.The invention is based on the basic idea that the gas is followed by the liquid within the vessel Path should be as long as possible and that the surface area exposed to the liquid by the gas should be as large as possible should be.
Bekannte Vorrichtungen erfüllen diese Anforderungen nicht und zeigen einen oder mehrere der folgenden Nachteile. Das Loch oder die Löcher, durch das bzw. die das Gas in die Flüssigkeit im Gefäß ausgelassen wird, liegen viel zu nahe am Boden, was zur Folge hat, daß der vom Gas durch die Flüssigkeit verfolgte Weg zu kurz ist. Die fraglichen Löcher sind zu groß mit der Folge, daß nur ein paar verhältnismäßig große Blasen an die Oberfläche steigen. Dadurch wird die gesamte Berührungsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit herabgesetzt und es entsteht die Gefahr, daß die Flüssigkeit gegen das Druckentlastungsventil· gedrückt wird. Die Löcher weisen diagonal nach der Seite der Flasche und verhindern, daß das Gas den Boden der Flasche erreicht. Das Gas wird unter viel zu hohem Druck abgelassen, was eine Kavitation in der Flüssigkeit bewirkt, die zusätzlich die Berührungsfläche zwischen Gas und Fiüssigkeit herabsetzt und verhindert, daß der Strahl in kleine Blasen gebrochen wird.Known devices do not meet these requirements and have one or more of the following disadvantages. The hole or holes through which the gas is released into the liquid in the vessel lie a lot too close to the bottom, with the result that the path followed by the gas through the liquid is too short. The ones in question Holes are too large with the result that only a few relatively large bubbles rise to the surface. Through this the total contact area between gas and liquid is reduced and there is a risk that the liquid is pressed against the pressure relief valve. The holes point diagonally to the side of the bottle and prevent the gas from reaching the bottom of the bottle. The gas is released under much too high pressure, what causes cavitation in the liquid, which also reduces the contact area between gas and liquid and prevents the beam from being broken into small bubbles.
Gemäß der Erfindung wird das Gas in die Flüssigkeit durch ein nach unten gerichtetes Loch eingebracht, das mittig imAccording to the invention, the gas is introduced into the liquid through a downwardly directed hole that is centered in the
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Gefäß unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet ist, wobei solche Werte für den Durchmesser des'Lochs, den Abstand des Lochs vom Boden des Gefäßes und den Gasdruck verwendet werden, daß der Gasstrahl bis zum Boden reicht und das Gas danach in Form einer großen Zahl feiner, getrennter Blasen zur Flüssigkeitsoberfläche aufsteigt.Vessel is arranged below the liquid surface, such values for the diameter of the hole, the distance of the hole from the bottom of the vessel and the gas pressure used to ensure that the gas jet reaches the bottom and the gas thereafter rises to the surface of the liquid in the form of a large number of fine, separate bubbles.
Dem entsprechend darf der Gasstrahl nicht so kraftvoll sein, daß das Gas, selbst nach seiner Loslösung vom Gefäßboden, große Blasen bildet, die zur Oberfläche der Flüssigkeit aufsteigen. Andererseits darf der Gasstrahl nicht so schwach sein, daß er den Boden nicht erreicht. Bestmöglich ist ein Strahl, von dem wenigstens ein Teil beim Erreichen des Gefäßbodens noch zusammengefaßt ist, wo er in eine große Zahl sehr kleiner Blasen gebrochen wird. Die übrigen Teile des anfänglichen Strahls sind indessen infolge des Zusammenwirkens mit der Flüssigkeit in kleine Blasen zerfallen, die zur Oberfläche steigen. Das Ergebnis ist, daß praktische das gesamte Gas in kleine Blasen in der Flüssigkeit aufgeteilt ist, was zur größtmöglichen Berührungsfläche zwischen Flüssigkeit und Gas führt, wodurch die bestmögliche Aufnahme des Gases in der Flüssigkeit erzielbar ist.Accordingly, the gas jet must not be so powerful that the gas, even after it has detached from the bottom of the vessel, Forms large bubbles that rise to the surface of the liquid. On the other hand, the gas jet must not be like that be weak that it does not reach the ground. The best possible is a beam, of which at least a part is reached the bottom of the vessel is still summarized, where it is broken into a large number of very small bubbles. The remaining Parts of the initial jet, however, have disintegrated into small bubbles as a result of the interaction with the liquid, that rise to the surface. The result is that practically all of the gas is in small bubbles in the liquid is divided, which leads to the largest possible contact area between liquid and gas, whereby the the best possible uptake of the gas in the liquid can be achieved.
Die Löcher, durch die das Gas in die Flüssigkeit ausgelassen wird, sollten möglichst nahe der Oberfläche der Flüssigkeit, jedoch ausreichend tief unterhalb der Oberfläche liegen, so daß sichergestellt ist, daß durch den Gasstrahl keine Luft in die Flüssigkeit gezogen wird.The holes through which the gas is released into the liquid should be as close as possible to the surface of the Liquid, however, lie sufficiently deep below the surface to ensure that through the Gas jet no air is drawn into the liquid.
Weitere Merkmale der Erfindung sowie die dadurch erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert ist.Further features of the invention and the advantages achieved thereby emerge from the following description, in which an embodiment of the invention is explained with reference to the drawing.
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Eine für einen Druck bis zu 15 Bar zulässige, normale Glasflasche 1 wird mit Wasser 2 gefüllt, das mit Gas anzureichern ist. Hierzu wird ein Rohr 3, das mittels eines (nicht gezeigten) Ventils an einen unter Überdruck stehenden Gasbehälter angeschlossen ist, in die FlascheA normal glass bottle 1, permissible for a pressure of up to 15 bar, is filled with water 2, the other with gas is to be enriched. For this purpose, a pipe 3, which by means of a valve (not shown) is connected to an under overpressure standing gas container is connected to the bottle
1 durch eine Dichteinrichtung, vorzugsweise aus Gummi, in der Mündung der Flasche eingeführt. Das Rohr 3 ist mit einem nach unten gerichteten und in der Flüssigkeit1 inserted through a sealing device, preferably made of rubber, in the mouth of the bottle. The pipe 3 is with a downward and in the liquid
2 angeordneten Einspritzloch 5 versehen. Die Vorrichtung enthält auch ein Druckentlastungsventil, das zwischen dem Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche der Flasche 1 und der umgebenden Atmosphäre arbeitet. Dieses Ventil ist jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt.2 arranged injection hole 5 is provided. The device also includes a pressure relief valve which is located between the Space above the liquid surface of the bottle 1 and the surrounding atmosphere works. This valve is but not shown in the drawing.
Für die Erfindung soll bei der Festlegung des Querschnitts des Einspritzloches berücksichtigt werden, welchen Druck das Gas im Rohr 3 hat und welchen Abstand das Loch vom Boden der Flasche 1 hat, so daß der Gasstrahl 6 soweit nach unten geht, wie der Boden der Flasche liegt, und dort in eine große Zahl kleiner Gasblasen 7 aufgeteilt wird, die zur Flüssigkeitsoberfläche hochsteigen. Durch Auslegung und Betrieb der Vorrichtung in solcher Weise, daß der Gasstrahl 6 vollkommen in feine Blasen am Boden aufgeteilt wird, wird die größtmögliche Berührungsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit und folglich die bestmögliche Aufnahme des Gases in der Flüssigkeit erzielt. Die größtmögliche Länge des Weges des Gases durch die Flüssigkeit ergibt sich aus der Anordnung des Lochs 5 so nahe wie möglich an der Oberfläche der Flüssigkeit, jedoch in ausreichender Tiefe in der Flüssigkeit, so daß sichergestellt ist, daß durch den Gasstrahl keine Luft in die Flüssigkeit gezogen wird.For the invention, when determining the cross section of the injection hole, the pressure should be taken into account the gas in the tube 3 and what distance the hole has from the bottom of the bottle 1, so that the gas jet 6 so far goes down, like the bottom of the bottle, and is divided into a large number of small gas bubbles 7 there that rise to the surface of the liquid. By designing and operating the device in such a way that that the gas jet 6 is completely divided into fine bubbles at the bottom, the largest possible contact area is between gas and liquid and consequently the best possible absorption of the gas in the liquid is achieved. the greatest possible length of the path of the gas through the liquid results from the arrangement of the hole 5 as close as possible at the surface of the liquid, but at a sufficient depth in the liquid so that this is ensured is that no air is drawn into the liquid by the gas jet.
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Versuchsergebnisse mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigen, daß eine Verbesserung in der Größenordnung von 25 Prozent der Gasaufnahmemoglichkeit, verglichen mit der bei der Benutzung bekannter Geräte, erreicht wird. Die Vorrichtung kann auch bei einem Druck in der Flasche in der Größenordnung von 6 bis 8 Bar arbeiten. Die verbesserte Gasaufnahmemöglichkeit erlaubt deshalb die Verbindung niedrigen Drucks in der Flasche mit der Möglichkeit, die Flasche nur einem einzigen Gasfüllungsvorgang zu unterwerfen, der bis zum Öffnen des oben erwähnten Ventils abläuft. Wie oben beschrieben wirkt sich dies in einem beträchtlich verringertem Verlust von Gas aus.Experimental results with a device according to the invention show that an improvement of the order of magnitude of 25 percent of the gas intake compared to that achieved when using known devices. the The device can also operate at a pressure in the bottle of the order of 6 to 8 bar. The improved The possibility of gas absorption therefore allows the connection of low pressure in the bottle with the possibility of the bottle to subject only a single gas filling process, which runs until the opening of the above-mentioned valve. As above described this results in a considerably reduced loss of gas.
Im folgenden werden die Daten eines möglichen Ausführungsbeispiels für die Einbringung von Kohlendioxid in Wasser angegeben. Bei einer Wassertiefe von loo mm, einem Gasdruck von 6o Bar und der Anordnung des Lochs für die Einspritzung des Gases Io mm unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit sollte der Durchmesser des Lochs annähernd o,3 mm betragen. Eine Anordnung dieser Art ergibt eine Kohlendioxidbeimischung in der Größenordnung von 3 bis 4 Volumenprozent bei nur einer einmaligen Anschließung des Gasbehälters an die Flasche und Füllung der letzteren bis zu einem Druck in der Größenordnung von 6 bis 8 Bar.The following is the data of a possible embodiment for the introduction of carbon dioxide in water specified. With a water depth of 100 mm, a gas pressure of 60 bar and the arrangement of the hole for the injection of the gas Io mm below the surface of the liquid, the diameter of the hole should be approximately 0.3 mm. An arrangement of this type results in carbon dioxide admixture on the order of 3 to 4 percent by volume if the gas tank is only connected once the bottle and filling of the latter up to a pressure of the order of 6 to 8 bar.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Herstellung kohlensaurer Getränke beschränkt, sondern eignet sich auf Wunsch auch für die Einbringung eines anderen Gases in eine andere Flüssigkeit.The invention is of course not limited to the manufacture of carbonated beverages, but is suitable on request also for the introduction of another gas into another liquid.
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